İçindekiler
21 yıl önce, İnsan Genom Projesi ilk kez insan genomunun şifresini çözdü – ancak o sırada bazı önemli bölgeler haritalandırılmamış olarak kaldı. Uluslararası bir araştırma konsorsiyumu artık boşlukları kapattı. İlk kez, tüm insan kromozomlarının DNA’sı uçtan uca sıralandı. İşte İnsan Genomunun Kodunun Tamamen Çözülmesi hakkında bazı detaylar…
Sonuç olarak, kromozomların merkezinde ve uçlarında sayısız tekrarlarla işaretlenmiş gen bölümleri artık okunabilmektedir. Bu, genlerin ve hücre bölünmesinin düzenlenmesine, insan genomundaki çeşitlilik aralığına ve hastalıkların nedenlerine dair yeni anlayışlar açar.
2001 yılında insan genomunun ilk dizilimi çığır açıcıydı çünkü genomumuzdaki yaklaşık altı milyon baz çifti ve yaklaşık 25.000 protein kodlayan gen için ilk kez bir referans sağladı. Bununla birlikte, bu ilk referans genom, tüm DNA dizisinin yalnızca yüzde 92’sini oluşturduğu için tam değildi.
Bu versiyonda, genomdaki birkaç milyon baz pozisyonu, dört DNA bazının kısaltmalarından biri yerine sadece “N” harfi ile işaretlenmiştir. Henüz kodu çözülmemiş olan bu bölgeler, esas olarak, hücre bölünmesi için çok önemli olan kromozomların merkezi düğümleri olan sentromerlerde bulunur. Ancak kromozomların uçlarında, telomerlerde deşifre edilmemiş alanlar da vardır.
Yeni sıralama teknolojisi boşlukları kapatıyor
Bu boşlukların bir nedeni, o sırada kullanılan dizileme teknolojilerinin sınırlamalarıdır: genomu, her biri yaklaşık yüz baz uzunluğunda sayısız DNA parçasına bölerler. Bunlar daha sonra doğru sırayla yeniden monte edilmelidir. Ancak bu parçaların yüzlerce veya binlercesi neredeyse aynı olduğunda bu imkansızdır – ve kromozomların sentromerleri ve telomerleri için durum tam olarak budur.
Buradaki genom bölgeleri sayısız, sıklıkla tekrarlanan DNA dizilerinden oluşur. Bunları kısa DNA parçalarına dayalı olarak yeniden oluşturmak, binlerce aynı renkli yapboz parçasından bir yapboz yapmaya çalışmak gibidir: “Sanki, örneğin, yalnızca cennetten parçalarınız var”, diye açıklıyor Johns Hopkins Üniversitesi’nden Winston Timp. Telomere-to-Telomere (T2T) konsorsiyumundaki katılımcılar.
Ancak bu arada, sıralama teknolojisi ilerleme kaydetti. Şimdi iki yeni yöntem, genomu önemli ölçüde daha uzun bölümlere ayırmayı mümkün kılıyor. Oxford nano-gözenek dizilimi denilen şey, orta düzeyde doğrulukla da olsa, bir milyon baz uzunluğa kadar DNA uzantılarını okuyabilir. Pacific Biosciences’ın ikinci bir sistemi, yaklaşık 20.000 baz uzunluğunda, ancak bunları yüzde 99 hassasiyetle okuyabilen segmentler oluşturur.
T2T konsorsiyumunun bilim adamları, insan genomunun eksik bölümlerini ilk kez tamamen çözmek için şimdi her iki yöntemi de birlikte kullandılar. Bunun için genetik materyal, şanslı bir tesadüf eseri, tüm genetik materyalin yalnızca bir ebeveynden geldiği bir insan hücre dizisinden geldi. Bu, kardeş kromozomların da aynı olduğu anlamına gelir, bu da dizilemeyi kolaylaştırır.
Yeni genler, yeni varyantlar ve merkeze ilk bakış
T2T projesinin sonucu, şimdi tamamen kodu çözülmüş ilk insan genomudur. Şimdiye kadar eksik olan yaklaşık 200 milyon bazın – yaklaşık bir kromozomun tamamında bulunabilecek kadar – şimdi deşifre edildi. Bunlar arasında önceden bilinmeyen 99 protein kodlayan gen ve yaklaşık 2000 başka gen adayı bulunmaktadır. T2T-CHM13 olarak adlandırılan genom, önceki referans genomdaki binlerce yapısal hatayı da düzeltir.
Washington Üniversitesi’nden Evan Eichler, “Şimdi hayat kitabında daha önce hiç okuyamadığımız bölümler görüyoruz” diyor. “Genomumuzun eksiksiz planı, genetik çeşitlilik, hastalıklar ve insanın evrimi hakkındaki fikirlerimizi kökten değiştirecek.” Örneğin, şimdi tamamlanan DNA bölümlerinin çoğu, varyantları olası hastalık nedenleri olarak kabul edilen gen alanlarındaki boşlukları kapsıyor. Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden Karen Miga, “Artık onları tanımlayabiliyoruz çünkü daha eksiksiz ve doğru bir referans genomumuz var” diyor.
Ayrıca kromozomun iki yarısını bir arada tutan bağlantı noktaları olan sentromerlerin yapısına dair yeni bilgiler de önemlidir. Bu kardeş kromatitleri ayıran mayotik bölünme olan mayozda çok önemli bir rol oynarlar. Berkeley’deki California Üniversitesi’nden Nicolas Altemose, “Bu mayoz adımı yanlış giderse, düşük veya genetik hastalıklara neden olan kromozomal anormallikler meydana gelebilir” diye açıklıyor.
Kanser de böyle düzensiz bir bölünmenin sonucu olabilir. Bu tür anormalliklerin nedenlerini belirleyebilmek için sentromerlerin kodunu bilmek daha da önemlidir. Yeni T2T referans genomu sayesinde şu anda mümkün olan tam olarak budur. “Daha önce elimizdeki tek şey orada saklanan şeyin son derece bulanık bir resmiydi. Ama şimdi bireysel DNA bazına kadar açık,” diyor Altemose.
İlk insan genom projesinin ortaklarından biri olan Washington Üniversitesi’nden Bob Waterston, insan genomunun ilk tam ve eksiksiz kodunun çözülmesinin önemli bir dönüm noktası olduğunu söylüyor. “Bunu 20 yıl önce yapmayı çok isterdik, ancak teknoloji o sırada hazır değildi.”
Ancak T2T konsorsiyumunun işi burada bitmiyor: Zaten normal olan bir genom oluşturmaya çalışıyorlar. Her iki ebeveynden kaynaklanan kromozom setini çözmek için. Aynı zamanda farklı popülasyonlardan insanların genomlarını benzer doğruluk ve eksiksizlikle sıralamak istiyorlar – bu, farklı insan türlerinin benzerlikleri, farklılıkları ve evrimi hakkında yeni bilgiler sağlayabilir.
Kaynak: Wissenschaft.de